JP7390089B1 - 鉗子装置 - Google Patents

Abstract

鉗子装置は、把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４と、支持体を回転可能に支持する第１の回転軸１６と、把持部を動作させる駆動力を伝達する複数の把持部ワイヤ２６，２８，３０，３２と、第１の回転軸と同軸に配置されており、把持部ワイヤが掛けられているガイドプーリ２０Ａと、ガイドプーリ２０Ａより上流側に配置されており、把持部ワイヤが掛けられているガイドプーリ３４ａと、を備える。ガイドプーリ３４ａは、（ｉ）把持部の先端が上を向いた状態で第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、第１のガイドプーリの真下よりも一方の側にずれて配置されており、かつ、（ｉｉ）支持体が左右に回転していない中立位置の場合に、ガイドプーリ２０Ａへの把持部ワイヤの巻き付き角度γが６５°以上になるように配置されている。

Description

本発明は、手術用ロボットのマニピュレータに用いられる鉗子装置に関する。

近年、術者の負担軽減や、医療施設の省人化を図るためにロボット（マニピュレータ）を利用した医療処置の提案がされている。外科分野では、術者が遠隔操作可能な手術用マニピュレータを操作して患者の処置を行う、手術用マニピュレータシステムに関する提案が行われている。

手術用マニピュレータの先端には各種の術具が装着されており、術具として手術の際に人体の組織を把持する鉗子が知られている。例えば、特許文献１には、把持部（１０１，１０４）を保持する支持体（１０７）を回転可能に支持する第１の回転軸（１１８）と、第１の回転軸を保持するベース部品（１２０）と、第１の回転軸と同軸に配置されている複数の第１ガイドプーリ（１１１，１１２，１１３，１１４）と、複数の第１ガイドプーリと把持部との間に他のプーリを介さずに掛かり、把持部を動作させる駆動力を伝達する複数の把持部ワイヤ（１０２，１０３，１０５，１０６）と、第１ガイドプーリより上流側に設けられている第２ガイドプーリを回転可能に支持する第２の回転軸（１１９）と、を備える鉗子装置が開示されている。

中国特許出願公開第１０７９２８７９２号明細書

前述の鉗子装置は、第１のガイドプーリと第２のガイドプーリとが支持体の中心軸と平行に並んで配置されている。そのため、第１の回転軸と同軸の第１のガイドプーリに、把持部の可動範囲に応じて把持部ワイヤを巻き付けようとすると、第１のガイドプーリと第２のガイドプーリとを近づける必要がある。しかしながら、第１のガイドプーリと第２のガイドプーリとの距離を近づけた場合、巻き付けられた把持部ワイヤの曲率半径が小さくなるため、その状態で把持部ワイヤが繰り返し引っ張られると、把持部ワイヤの耐久性が著しく低下するおそれがある。また、前述の鉗子装置において把持部の把持力を増加させるために把持部ワイヤの張力を増加させると、第１の回転軸と支持体との摩擦力が増加し、把持部を含む支持体が第１の回転軸を中心として屈曲動作する際の制御性が悪化する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、ワイヤの耐久性又は鉗子装置における操作の制御性を向上する新たな技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の鉗子装置は、把持部と、把持部を保持する支持体と、支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、第１の回転軸を保持するベース部品と、把持部を動作させる駆動力を伝達する複数の把持部ワイヤと、第１の回転軸と同軸に配置されており、把持部ワイヤが掛けられている第１のガイドプーリと、第１のガイドプーリより上流側に配置されており、把持部ワイヤが掛けられている第２のガイドプーリと、を備える。第２のガイドプーリは、（ｉ）把持部の先端が上を向いた状態で第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、第１のガイドプーリの真下よりも一方の側にずれて配置されており、かつ、（ｉｉ）支持体が左右に回転していない中立位置の場合に、第１のガイドプーリへの把持部ワイヤの巻き付き角度γが６５°以上になるように配置されている。

この態様によると、把持部を保持する支持体の回転角度が少なくとも±６５°の範囲で違和感のない操作制御が可能となる。

巻き付き角度γが８９°以上であってもよい。これにより、把持部を保持する支持体の回転角度が少なくとも±８９°の範囲で違和感のない操作制御が可能となる。

第２のガイドプーリより上流側に配置されており、把持部ワイヤが掛けられている第３のガイドプーリを更に備えてもよい。第３のガイドプーリは、（ｉ）把持部の先端が上を向いた状態で第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、第１のガイドプーリの真下よりも一方の側にずれて配置されており、かつ、（ｉｉ）把持部の先端が上を向いた状態で第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、第２のガイドプーリの真下よりも他方の側にずれて配置されていてもよい。これにより、第２のガイドプーリと第３のガイドプーリとの間に掛かる把持部ワイヤのＳ字カーブの曲率半径を大きくできる。また、把持部ワイヤのＳ字カーブの曲離半径を大きくすることで、把持部ワイヤに発生する曲げ応力が低下し、把持部の動作に伴う把持部ワイヤの耐久性が向上する。

第３のガイドプーリは、ベース部品の内壁の両側に一対設けられており、一対の第３のガイドプーリは、ベース部品に保持された異なる軸にそれぞれが回転可能に支持されていてもよい。これにより、第３のガイドプーリ及び第２のガイドプーリを、第１のガイドプーリを正面から見て同じ側（右側又は左側）に配置できる。

ベース部品は、外径が７～９ｍｍの筒状の部品であり、第１のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、第２のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、第３のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであってもよい。これにより、外径が非常に細い鉗子装置において、適切な巻き付き角度を実現しながら、Ｓ字カーブの曲率半径を大きくできる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、鉗子装置におけるワイヤの耐久性又は操作の制御性を向上できる。

本実施の形態に係る鉗子装置の斜視図である。 図１の鉗子装置をａ方向から見た正面図である。 図１の鉗子装置をＢ方向から見た側面図である。 図１の鉗子装置をＣ方向から見た側面図である。 図３に示す鉗子装置のＤ－Ｄ断面図である。 本実施の形態に係る支持体の斜視図である。 本実施の形態に係る支持体の正面図である。 本実施の形態に係る支持体の側面図である。 本実施の形態に係る一対のジョー部品を向かい合わせに組み合わせる様子を示す斜視図である。 図１に示す鉗子装置をＨ１方向から見た斜視図である。 図１に示す鉗子装置をＨ２方向から見た斜視図である。 図１に示す鉗子装置をＨ３方向から見た斜視図である。 図１に示す鉗子装置をＨ２方向と反対方向から見た斜視図である。 図３に示す鉗子装置のベース部品の図示を省略した図である。 図４に示す鉗子装置のベース部品の図示を省略した図である。 図１に示す鉗子装置のワイヤの図示を省略した図である。 本実施の形態に係るベース部品の斜視図である。 図１７に示すベース部品をＪ１方向から見た上面図である。 本実施の形態に係るストッパの正面図である。 ベース部品に位置決めされたストッパを説明するための図である。

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（鉗子装置）
図１は、本実施の形態に係る鉗子装置の斜視図である。図２は、図１の鉗子装置をａ方向から見た正面図である。図３は、図１の鉗子装置をＢ方向から見た側面図である。図４は、図１の鉗子装置をＣ方向から見た側面図である。

各図に示す鉗子装置１０は、一対の把持部１２ａ，１２ｂと、一対の把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４と、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸１６と、第１の回転軸１６を保持するベース部品１８と、第１の回転軸１６と同軸に配置されている４つのガイドプーリ２０と、一対の把持部１２ａ，１２ｂを回転可能に支持し、支持体１４に保持される第２の回転軸２２と、第２の回転軸２２と同軸に保持される４つのジョープーリ２４と、４つのガイドプーリ２０と４つのジョープーリ２４との間に掛けられた４本のワイヤ２６，２８，３０，３２と、支持体１４を第１の回転軸１６を中心に回転させるためのワイヤ３８，４０と、を備えている。

（ガイドプーリ２０）
図５は、図３に示す鉗子装置１０のＤ－Ｄ断面図である。図５に示すように、ガイドプーリ２０は、支持体１４に装着されているベアリング１５に挿入されている第１の回転軸１６に回転可能に支持されている。本実施の形態に係るガイドプーリ２０は、図５に示すように、支持体１４を挟んで両側に２つずつ隣接して配置されている。

（ベース部品）
次に、ベース部品１８について説明する。本実施の形態に係るベース部品１８は、図２や図５に示すように、第１の回転軸１６の両端を保持する一対のアーム１８ａ，１８ｂと、一対のアーム１８ａ，１８ｂに保持され、ガイドプーリ２０よりも上流側にある４つのガイドプーリ３４を回転可能に支持する第３の回転軸３６とを有している。なお、本実施の形態に係る第３の回転軸３６は、一対のアーム１８ａ，１８ｂのそれぞれに設けられている。また、２つの回転軸３６は、互いの軸方向が平行且つずれるように配置されている。

アーム１８ａ，１８ｂは、第３の回転軸３６を保持する根本部分１８ｃよりも第１の回転軸１６を保持する先端部分１８ｄの方が薄肉である。換言すると、先端部分１８ｄ同士の間隔は、根本部分１８ｃ同士の間隔よりも広い。これにより、図３に示すように、フリートアングルのあるワイヤ２６，２８が支持体１４とともに第１の回転軸１６を中心に屈曲（図３の矢印Ｆ方向）した場合であっても、アーム１８ａ，１８ｂと干渉しにくくなる。

また、アーム１８ａ（アーム１８ｂ）の先端部分１８ｄの周方向の幅Ｗ１は、根本部分１８ｃの周方向の幅Ｗ２よりも狭い。これにより、ワイヤとの干渉を考慮する必要のある先端部分１８ｄにＵ字状の逃がし部を形成しつつ、先端部分１８ｄの周方向の幅よりも根本部分１８ｃの周方向の幅を大きくすることでアームの剛性の低下を抑えられる。

また、図５に示すように、本実施の形態に係るジョープーリ２４の外径Ｇ１は、一対のアーム１８ａ，１８ｂの根本部分１８ｃ同士の間隔Ｇ２より大きい。つまり、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、筒状のベース部品１８の内径の大きさの割に外径の大きなジョープーリ２４を採用することが可能となる。

（支持体）
図６は、本実施の形態に係る支持体の斜視図である。図７は、本実施の形態に係る支持体の正面図である。図８は、本実施の形態に係る支持体の側面図である。図５に示すように、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、一対の把持部１２ａ，１２ｂと、一対の把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４と、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸１６と、第１の回転軸１６を保持するベース部品１８と、第１の回転軸１６と同軸に配置されている複数のガイドプーリ２０と、を備える。

支持体１４は、図７に示すように、軸受としてのベアリング１５が装着される円形の貫通孔１４ａ形成されている。そして、図６に示すように、支持体１４に装着されたベアリング１５に、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸１６が挿入されている。複数のガイドプーリ２０は、第１の回転軸１６の外周に回転可能に支持されている。なお、回転軸とは、自身が回転するものだけではなく、支持する部材が回転する際の軸となるものであればよく、他の部材に対して固定されている軸であってもよい。

このように構成された鉗子装置１０において、第１の回転軸１６の外周に複数のガイドプーリ２０が支持された状態の支持体１４は、ベース部品１８に対して第１の回転軸１６を介して保持される。そのため、支持体１４が直接ベース部品１８に保持される場合と比較して、組立性の改善を図りやすい。

また、本実施の形態に係るベース部品１８は、対向する一対のアーム１８ａ，１８ｂを有している。また、第１の回転軸１６は、軸方向の両端が一対のアーム１８ａ，１８ｂに対して圧入嵌合されることで強固に固定されている。これにより、自由端となり得る一対のアーム１８ａ，１８ｂの先端部同士が回転軸で固定されるため、ベース部品１８全体の剛性が増す。

また、ワイヤ２６，２８，３０，３２のそれぞれは、把持部１２ａや把持部１２ｂを動作させる駆動力を伝達するためのものである。具体的には、ワイヤ２６及びワイヤ３２は、把持部１２ｂのジョープーリ２４に掛かっており、把持部１２ｂは、ワイヤ２６が引かれると開く方向に動き、ワイヤ３２が引かれると閉じる方向に動く。また、ワイヤ２８及びワイヤ３０は、把持部１２ａのジョープーリ２４に掛かっており、把持部１２ａは、ワイヤ２８が引かれると閉じる方向に動き、ワイヤ３０が引かれると開く方向に動く。

また、４つのガイドプーリ２０のそれぞれは、対応するワイヤ２６，２８，３０，３２が掛かっている。ワイヤ２６，２８，３０，３２は、図２に示すように、対応するガイドプーリ２０とガイドプーリ３４との間を通り、ガイドプーリ２０の下側（第１の回転軸１６を挟んで把持部１２ａ，１２ｂと反対側）から掛かっている。

また、支持体１４の一部には、支持体を第１の回転軸１６を中心に回転させる駆動力を伝達するワイヤ３８，４０が掛かる支持体プーリ４２が一体的に形成されている。支持体プーリ４２は、第１の回転軸１６と同軸に設けられている。そのため、ワイヤ３８，４０の一方を引っ張ることで支持体１４を回転させようとすると、支持体プーリ４２に掛かっているワイヤ３８，４０の張力によって、支持体１４が第１の回転軸１６側に押し付けられる。その際に、第１の回転軸１６から支持体１４が受ける垂直抗力が発生し、摩擦力の増大の一因となる。あるいは、ワイヤ２６，２８，３０，３２のいずれかを引っ張ることで把持部１２ａ，１２ｂを回転させようとすると、ワイヤ２６，２８，３０，３２の張力がジョープーリ２４を介して第２の回転軸２２にかかる。そして、第２の回転軸２２を支持するための支持体１４の貫通孔の内周にかかる力がベアリング１５が装着される円形の貫通孔１４ａに伝わり、支持体１４が第１の回転軸１６側に押し付けられる。この場合も、第１の回転軸１６から支持体１４が受ける垂直抗力が発生し、摩擦力の増大の一因となる。

しかしながら、本実施の形態に係る鉗子装置１０においては、支持体１４と第１の回転軸１６との間に軸受を設けているため、第１の回転軸１６と支持体１４との間の摩擦力を低減できる。なお、軸受を転がり軸受であるベアリング１５にすることで、第１の回転軸１６と支持体１４との間の摩擦力を更に低減できる。その結果、把持部１２ａ，１２ｂの動作がスムーズとなり鉗子装置１０の制御性が良化する。なお、軸受は滑り軸受であってもよい。本実施の形態に係るベアリング１５は、直径が３．６～４．５ｍｍであり、ガイドプーリ２０は、直径が３．０～３．６ｍｍであってもよい。ベアリング１５の直径は、ガイドプーリ２０の直径より大きくてもよい。

（把持部）
次に、本実施の形態に係る把持部を構成するジョー部品について詳述する。図９は、本実施の形態に係る一対のジョー部品を向かい合わせに組み合わせる様子を示す斜視図である。図９に示すジョー部品５０Ａ，５０Ｂは、互いにほぼ同じ形状の部品である。ジョー部品５０Ａ，５０Ｂは、互いが相対的に動くことで対象物を把持する把持部１２ａ及び把持部１２ｂを有している。把持部１２ａは、二股に形成されているジョープーリ２４ａ（第１の把持部プーリ）及びジョープーリ２４ｂ（第２の把持部プーリ）と連なり、一体的にジョー部品５０Ａを構成する。また、把持部１２ｂは、二股に形成されているジョープーリ２４ｃ（第３の把持部プーリ）及びジョープーリ２４ｄ（第４の把持部プーリ）と連なり、一体的にジョー部品５０Ｂを構成する。

図１０は、図１に示す鉗子装置１０をＨ１方向から見た斜視図である。図１１は、図１に示す鉗子装置１０をＨ２方向から見た斜視図である。図１２は、図１に示す鉗子装置１０をＨ３方向から見た斜視図である。図１３は、図１に示す鉗子装置１０をＨ２方向と反対方向から見た斜視図である。なお、Ｈ１方向からＨ３方向は、第１の回転軸１６を含む水平面Ｈ内にある方向である。また、図１０乃至図１３の各図においてはベース部品１８の図示を省略している。

各図に示すように、ジョープーリ２４ａ、ジョープーリ２４ｃ、ジョープーリ２４ｂ及びジョープーリ２４ｄは、この順で第２の回転軸２２に回転可能に支持されている。また、ガイドプーリ２０Ａ、ガイドプーリ２０Ｂ、ガイドプーリ２０Ｃ及びガイドプーリ２０Ｄは、この順で第１の回転軸１６に回転可能に支持されている。把持部１２ａ，１２ｂを開閉動作させる駆動力を伝達する把持部ワイヤとしてのワイヤ２６，２８，３０，３２は、複数のガイドプーリ２０Ａ～２０Ｄと把持部１２ａ，１２ｂとの間に他のプーリを介さずに掛かっている。なお、駆動力は鉗子装置１０の外部にあるアクチュエータユニットから入力される。これにより、図１０等に示すように、第１の回転軸１６と第２の回転軸２２との距離を短くできるため、把持部１２ａ，１２ｂによるトルク（操作力）を増加できる。その結果、把持部１２ａ，１２ｂの制御性が良好な鉗子装置１０を提供できる。

（各種プーリへのワイヤの掛かり方）
次に、本実施の形態に係るワイヤ２６，２８，３０，３２の各プーリへの掛かり方について詳述する。ワイヤ２６は、ガイドプーリ２０Ａとジョープーリ２４ｃとの間に掛けられている。ワイヤ２８は、ガイドプーリ２０Ｂとジョープーリ２４ａとの間に掛けられている。ワイヤ３０は、ガイドプーリ２０Ｄとジョープーリ２４ｂとの間に掛けられている。ワイヤ３２は、ガイドプーリ２０Ｃとジョープーリ２４ｄとの間に掛けられている。

図１４は、図３に示す鉗子装置１０のベース部品１８の図示を省略した図である。図１５は、図４に示す鉗子装置１０のベース部品の図示を省略した図である。

図１０、図１１及び図１４に示すように、ワイヤ２６は、第１の回転軸１６を含み第２の回転軸２２と直交する鉛直断面Ｖを基準に、ガイドプーリ２０Ａの一方の側Ｓ１に掛けられた後に、鉛直断面Ｖの一方の側Ｓ１にあるジョープーリ２４ｃに固定されている。ワイヤ２８は、鉛直断面Ｖを基準に、ガイドプーリ２０Ｂの一方の側Ｓ１に掛けられた後に、鉛直断面Ｖの一方の側Ｓ１にあるジョープーリ２４ａに固定されている。

また、図１２、図１３及び図１５に示すように、ワイヤ３０は、鉛直断面Ｖを基準に、ガイドプーリ２０Ｄの他方の側Ｓ２に掛けられた後に、鉛直断面Ｖの他方の側にあるジョープーリ２４ｂに固定されている。ワイヤ３２は、鉛直断面Ｖを基準に、ガイドプーリ２０Ｃの他方の側Ｓ２に掛けられた後に、鉛直断面Ｖの他方の側Ｓ２にあるジョープーリ２４ｄに固定されている。これにより、４つの把持部ワイヤがそれぞれ交差することなく、対応する４つの把持部プーリに固定される。

また、鉗子装置１０は、ガイドプーリ２０Ａの上流側（把持部と反対側）であって鉛直断面Ｖの他方の側Ｓ２にあるガイドプーリ３４ａと、ガイドプーリ２０Ｂの上流側であって鉛直断面Ｖの他方の側Ｓ２にあるガイドプーリ３４ｂと、ガイドプーリ２０Ｃの上流側であって鉛直断面Ｖの一方の側Ｓ１にあるガイドプーリ３４ｃと、ガイドプーリ２０Ｄの上流側であって鉛直断面Ｖの一方の側Ｓ１にあるガイドプーリ３４ｄと、を備えている。

これにより、第１の回転軸１６を中心に支持体１４がどちらの方向に曲がっても、ガイドプーリ２０Ａ～２０Ｄのいずれかにワイヤ２６，２８，３０，３２のいずれかが接触するようになり、支持体１４を回転させる際の制御性が安定する。より詳述すると、図１４に示す状態から支持体１４を他方の側Ｓ２に向けて曲げると、ワイヤ２６，２８は、ガイドプーリ２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ接触する。また、図１５に示す状態から支持体１４を一方の側Ｓ１に向けて曲げると、ワイヤ３０，３２は、ガイドプーリ２０Ｃ，２０Ｄにそれぞれ接触する。つまり、いずれの場合も、全てのワイヤがガイドプーリ２０Ａ～２０Ｄと非接触（ガイドプーリ２０Ａ～２０Ｄに巻き付かない）という状態が回避される。これにより、第１の回転軸１６を中心に支持体１４を屈曲させる際の制御性が安定する。

（ベース部品における封止）
本実施の形態に係る鉗子装置１０は、把持部１２ａ，１２ｂが患者の腹腔内で動作するため、大気圧よりも高めた腹腔内の気圧が低下しないように、把持部１２ａ，１２ｂ側のガスが鉗子装置１０を介して外部へ漏れ出ないようにする工夫が必要である。そこで、本実施の形態では、ベース部品１８を含む領域で封止を行っている。

図１６は、図１に示す鉗子装置のワイヤの図示を省略した図である。図１６に示すように、鉗子装置１０は、一対の把持部１２ａ，１２ｂと、一対の把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４と、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸１６と、第１の回転軸１６を保持するベース部品１８と、一対の把持部１２ａ，１２ｂを動作させる駆動力を伝達する複数のワイヤ２６，２８，３０，３２（図１６では不図示。図２参照）と、ワイヤ２６をガイドするガイドプーリ５２ａと、ワイヤ３０をガイドするガイドプーリ５２ｂと、ガイドプーリ５２ａ，５２ｂを回転可能に支持する支持軸５４ａ，５４ｂと、を備える。ベース部品１８は、鉗子装置１０における把持部１２ａ，１２ｂとシャフト１００との間に設けられている。

図１７は、本実施の形態に係るベース部品の斜視図である。図１８は、図１７に示すベース部品をＪ１方向から見た上面図である。

ベース部品１８は、ワイヤ２６，２８，３０，３２のそれぞれが通る複数の把持部ワイヤ用穴５６，５８，６０，６２が形成された仕切り部１８ｇと、仕切り部１８ｇの外縁から把持部（図１７の上方）に向かって延び、支持軸５４ａ，５４ｂが固定される一対のアーム１８ａ，１８ｂと、を備える。アーム１８ａ，１８ｂは、一対のガイドプーリ５２ａ，５２ｂを回転可能に支持する支持軸５４ａ，５４ｂの一端部が嵌合する嵌合穴５５ａ，５５ｂが形成されている。

仕切り部１８ｇは、円筒状の筒部１８ｈと一対のアーム１８ａ，１８ｂとの間に形成された隔壁である。把持部ワイヤ用穴５６，５８は、互いに最も隣接する一対の把持部ワイヤ用穴であり、把持部ワイヤ用穴６０，６２は、互いに最も隣接する一対の把持部ワイヤ用穴である。

ワイヤ２６，２８は、図１０に示すように、ガイドプーリ３４ａ，３４ｂにガイドされている状態では並んでいる。そのため、ワイヤ２６，２８をそのままの状態で仕切り部１８ｇを通そうとすると、ワイヤが２本通る大きな穴を仕切り部１８ｇに形成するか、ワイヤが１本通る小さな穴を２つ隣接して仕切り部１８ｇに形成する必要がある。大きな穴の場合、後述する封止樹脂で封止した場合の気密性が低下するおそれがある。また、小さな穴を２つ隣接して形成する場合、穴同士の壁が薄くなるため、ベース部品１８の穴が形成される領域の強度が低下するおそれがある。

そこで、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、ガイドプーリ５２ａによってワイヤ２６をガイドし、ワイヤ２６がワイヤ２８から離れるようにガイドする。同様に、ガイドプーリ５２ｂによってワイヤ３０をガイドし、ワイヤ３０がワイヤ３２から離れるようにガイドする。これにより、ワイヤ２６が通る把持部ワイヤ用穴５６とワイヤ２８が通る把持部ワイヤ用穴５８とを離すことができる。同様に、ワイヤ３０が通る把持部ワイヤ用穴６０とワイヤ３２が通る把持部ワイヤ用穴６２とを離すことができる。

また、ベース部品１８は、仕切り部１８ｇの一方の側（把持部１２ａ，１２ｂがある側の反対側）に、弾力性のある封止部材（デュロメータータイプＡの硬さが３０～７０）が配置されている。封止部材は、例えば、膜状のシリコーン樹脂であり、膜厚は０．５～２ｍｍ程度である。

封止部材は、複数の把持部ワイヤ用穴５６，５８，６０，６２に対応した位置に形成された複数の封止用穴が形成されている。これにより、ベース部品１８の仕切り部１８ｇにワイヤ２６，２８，３０，３２を通しつつ封止部材による封止が可能となる。ワイヤの線径φは０．４～０．５ｍｍであり、把持部ワイヤ用穴の直径はワイヤの線径よりもわずかに大きいとよい。

封止用穴の直径は、把持部ワイヤ用穴の直径より小さく、かつ、把持部ワイヤの直径（線径φ）よりも小さい。これにより、把持部ワイヤ用穴と把持部ワイヤとの間に隙間があっても、封止用穴と把持部ワイヤとが密着することで、把持部側の気体がベース部品１８を介して鉗子装置１０の外部へ漏れることを低減できる。

本実施の形態に係る４つの把持部ワイヤ用穴は、各図に示すように、互いにある程度離れて仕切り部１８ｇに形成されている。そのため、把持部ワイヤ用穴に対応する位置に形成される封止用穴も、隣接する他の封止用穴から離れている。

また、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、把持部ワイヤであるワイヤ２６，２８，３０，３２とは別に、支持体１４を第１の回転軸１６を中心に回転させるための一対のワイヤ３８，４０を備えている。そのため、ベース部品１８の仕切り部１８ｇには、ワイヤ３８，４０のそれぞれが通る支持体ワイヤ用穴７４，７６が形成されている。支持体ワイヤ用穴７４，７６は、仕切り部１８ｇの中心Ｚ（筒部１８ｈの中心軸）に対して点対称の位置に形成されている。

また、封止部材は、複数の支持体ワイヤ用穴７４，７６に対応した位置に形成された複数の封止用穴が形成されている。これにより、ベース部品１８の仕切り部１８ｇにワイヤ３８，４０を通しつつ封止部材による封止が可能となる。支持体ワイヤ用穴の直径はワイヤの線径よりもわずかに大きいとよい。また、本実施の形態に係る鉗子装置１０が備える各プーリの配置を工夫することで、ベース部品１８の仕切り部１８ｇに形成されるワイヤ用の複数の穴を互いに適度に離して設けることができる。そのため、ワイヤ用の穴が複数形成された封止部材を成形する際に、穴同士が繋がるといった不具合を低減できる。

（回転規制機構）
図２に示す鉗子装置１０において、ワイヤ３８，４０を介して支持体１４を回転させる駆動力が伝達された状態においては、支持体１４の一部と把持部ワイヤ２６，２８，３０，３２とが干渉しないような制御範囲角度（本実施の形態では±８０°）で把持部１２ａ，１２ｂを屈曲させている。しかしながら、鉗子装置１０を動力源やロボット本体から取り外された状態では、支持体１４が制御範囲角度を超えて自由に回転できるため、図２に示す支持体の一部領域Ｒが把持部ワイヤ２６，２８，３０，３２と接触する可能性がある。

そこで、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、回転した支持体１４が把持部ワイヤ２６，２８，３０，３２と接触しないように支持体の回転を規制する回転規制機構を備えている。回転規制機構は、回転した支持体の一部が当接する被当接面を有するストッパを備えている。図１９は、本実施の形態に係るストッパの正面図である。図２０は、ベース部品１８に位置決めされたストッパを説明するための図である。

ストッパ８２は、ブロック状の直方体部品であり、支持体１４と対向する平坦面８２ａが被当接面として機能する。この平坦面８２ａに支持体１４の当接面１４ｂ（図２、図７乃至図９参照）が当接することで、支持体１４のそれ以上の回転が規制される。これにより、簡易な部品で回転規制機構を実現できる。また、支持体１４が把持部ワイヤ２６，２８，３０，３２と接触することが防止されるため、把持部ワイヤの耐久性を向上でき、ひいては鉗子装置１０の製品寿命を延ばすことができる。

このように、本実施の形態に係る回転規制機構は、支持体１４とストッパ８２とが直接接触することで、支持体と把持部ワイヤとの接触をより確実に防止できる。

また、図７に示すように、支持体１４の外縁部に形成されている当接面１４ｂは、左右に回転していない中立位置（例えば図３に示す状態）においてベース部品１８の中心軸Ａｘ（図１８に示す中心Ｚを通る軸）に対して傾斜している平面である。そして、支持体１４は、中立位置からの回転角度が所定の制御範囲角度αを超えた当接角度β（α＜β）でストッパ８２に当接するように構成されている。これにより、支持体１４の所定の制御範囲角度の回転は許容しつつ、当接角度βより大きな回転は防止されるため、ストッパ８２によって支持体１４の回転制御が妨げられることが抑止される。

なお、当接角度βは、７０°以上がよく、９０°より大きくてもよい。これにより、支持体の回転を少なくとも７０°まで制御することが可能となる。一方、当接角度βが大きすぎると、支持体１４がストッパ８２に当接する前に把持部ワイヤに接触する可能性がある。そこで、当接角度βは、支持体１４が把持部ワイヤに接触する回転角度より小さければよい。具体的には、当接角度βは、１１０°より小さくてもよく、１００°より小さくてもよい。

なお、当接角度βがずれると、支持体１４が把持部ワイヤと意図せず接触する可能性があるため、ストッパ８２の位置決めが重要である。本実施の形態に係るストッパ８２は、ベース部品１８に対して位置決めされている。これにより、支持体１４もストッパ８２もベース部品１８に対して所定の位置に設けられており、支持体１４及びストッパ８２の互いの相対位置の精度が向上する。

本実施の形態における具体的な位置決めについて説明する。図１９に示すように、ストッパ８２の側面には貫通孔８２ｂが形成されている。そして、図２０に示すように、ベース部品１８の一対のアーム１８ａ，１８ｂは、ストッパ８２の貫通孔８２ｂに挿入され貫通した位置決めピン８４を保持している。これにより、ベース部品１８の中心軸Ａｘ方向に対するストッパ８２の位置決めを精度良くできる。また、一対のアーム１８ａ，１８ｂで位置決めピン８４を保持するため、アームの強度が増す。

また、ベース部品１８のアーム１８ａ、１８ｂの基部にある仕切り部１８ｇには、ストッパ８２の位置決めに用いられる複数の突起８６ａ，８６ｂ，８８が設けられている。突起８６ａ，８６ｂは、ストッパ８２の対向する一対の側面８２ｃに当接することで、中心軸Ａｘと交差する方向Ａｙの位置決めを行うように形状や配置が設定されている。また、突起８８は、ストッパ８２の下部に形成されている溝８２ｄに嵌まることで、中心軸Ａｘ及び方向Ａｙと交差する方向Ａｚの位置決めを行うように形状や配置が設定されている。これにより、ベース部品１８の軸方向Ａｘと交差する方向Ａｙ，Ａｚに対するストッパ８２の位置決めを精度良くできる。

また、図１０や図１８に示すように、ストッパ８２は、複数の把持部ワイヤ及び支持体ワイヤに囲まれた領域に配置されている。これにより、複数のワイヤに囲まれた領域がストッパ８２で埋められるため、ストッパがない場合と比較して、異物が鉗子装置１０の内部（ワイヤに囲まれた領域）に溜まることが抑制される。

（各プーリの配置）
本実施の形態に係る鉗子装置１０では、ワイヤの巻付け角度をある程度確保しつつワイヤの耐久性を向上するために、各プーリの配置を工夫している。具体的には、図１４に示すように、ガイドプーリ３４ａ，３４ｂは、把持部１２ａ，１２ｂの先端が上を向いた状態で第１の回転軸１６を軸方向から正面に見た場合に、ガイドプーリ２０Ａ，２０Ｂの真下よりも一方の側（Ｓ２側）にずれて配置されている。また、ガイドプーリ３４ａ，３４ｂは、支持体１４が左右に回転していない中立位置の場合に、ガイドプーリ２０Ａ，２０Ｂへの把持部ワイヤ２６，２８の巻き付き角度γが６５°以上になるように配置されている。

これにより、把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４の回転角度が少なくとも±６５°の範囲で違和感のない操作制御が可能となる。なお、巻き付き角度γが８９°以上であってもよい。これにより、把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体の回転角度が少なくとも±８９°の範囲で違和感のない操作制御が可能となる。

ガイドプーリ５２ａは、ガイドプーリ３４ａ，３４ｂより上流側に配置されており、把持部ワイヤ２６が掛けられている。ガイドプーリ５２ａは、把持部１２ａ，１２ｂの先端が上を向いた状態で第１の回転軸１６を軸方向から正面に見た場合に、ガイドプーリ２０Ａ，２０Ｂの真下よりも一方の側（Ｓ２側）にずれて配置されており、かつ、ガイドプーリ３４ａ，３４ｂの真下よりも他方の側（Ｓ１側）にずれて配置されている。これにより、ガイドプーリ３４ａとガイドプーリ５２ａとの間に掛かる把持部ワイヤ２６のＳ字カーブの曲率半径を大きくできる。また、把持部ワイヤ２６のＳ字カーブの曲率半径を大きくすることで、把持部ワイヤ２６に発生する曲げ応力が低下し、把持部１２ａ，１２ｂの開閉動作に伴う把持部ワイヤの耐久性が向上する。

同様に、図１５に示すように、ガイドプーリ３４ｄ，３４ｃは、把持部１２ａ，１２ｂの先端が上を向いた状態で第１の回転軸１６を軸方向から正面に見た場合に、ガイドプーリ２０Ｄ，２０Ｃの真下よりも一方の側（Ｓ１側）にずれて配置されている。また、ガイドプーリ３４ｄ，３４ｃは、支持体１４が左右に回転していない中立位置の場合に、ガイドプーリ２０Ｄ，２０Ｃへの把持部ワイヤ３０，３２の巻き付き角度γが６５°以上になるように配置されている。

ガイドプーリ５２ｂは、ガイドプーリ３４ｄ，３４ｃより上流側に配置されており、把持部ワイヤ３０が掛けられている。ガイドプーリ５２ｂは、把持部１２ａ，１２ｂの先端が上を向いた状態で第１の回転軸１６を軸方向から正面に見た場合に、ガイドプーリ２０Ｄ，２０Ｃの真下よりも一方の側（Ｓ１側）にずれて配置されており、かつ、ガイドプーリ３４ｄ，３４ｃの真下よりも他方の側（Ｓ２側）にずれて配置されている。これにより、ガイドプーリ３４ｄとガイドプーリ５２ａとの間に掛かる把持部ワイヤ３０のＳ字カーブの曲率半径を大きくできる。また、把持部ワイヤ３０のＳ字カーブの曲率半径を大きくすることで、把持部ワイヤ３０に発生する曲げ応力が低下し、把持部１２ａ，１２ｂの開閉動作に伴う把持部ワイヤの耐久性が向上する。

なお、ガイドプーリ５２ａ，５２ｂは、図１６に示すように、ベース部品１８の内壁の両側にそれぞれ設けられている。また、ガイドプーリ５２ａ，５２ｂは、ベース部品１８に保持された異なる支持軸５４ａ，５４ｂにそれぞれが回転可能に支持されている。これにより、ガイドプーリ５２ａ及びガイドプーリ３４ａ，３４ｂを、ガイドプーリ２０Ａを正面から見て同じ側（本実施の形態では左側）に配置できる。同様に、ガイドプーリ５２ｂ及びガイドプーリ３４ｃ，３４ｄを、ガイドプーリ２０Ｄを正面から見て同じ側（本実施の形態では左側）に配置できる。

なお、本実施の形態に係るベース部品１８は、外径が７～９ｍｍの筒状の部品である。また、ガイドプーリ２０Ａ～２０Ｄは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、ガイドプーリ３４ａ～３４ｄは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、ガイドプーリ５２ａ，５２ｂは、直径が３．０～３．６ｍｍである。これにより、外径が非常に細い鉗子装置において、適切な巻き付き角度を実現しながら、Ｓ字カーブの曲率半径を大きくできる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

本発明は、手術用ロボットのマニピュレータに利用できる。

１０ 鉗子装置、 １２ａ 把持部、 １２ｂ 把持部、 １４ 支持体、 １４ａ 貫通孔、 １４ｂ 当接面、 １５ ベアリング、 １６ 第１の回転軸、 １８ ベース部品、 １８ａ アーム、 １８ｂ アーム、 １８ｇ 仕切り部、 ２０ ガイドプーリ、 ２２ 第２の回転軸、 ２４ ジョープーリ、 ２６，２８，３０，３２ 把持部ワイヤ、 ３４ ガイドプーリ、 ３６ 第３の回転軸、 ５２ａ，５２ｂ ガイドプーリ、 ８２ ストッパ、 ８２ａ 平坦面、 ８２ｂ 貫通孔、 ８２ｃ 側面、 ８２ｄ 溝、 ８４ 位置決めピン、 ８６ａ，８６ｂ 突起、 ８８ 突起。

Claims (4)

1. 把持部と、
   前記把持部を保持する支持体と、
   前記支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸を保持するベース部品と、
   前記把持部を動作させる駆動力を伝達する複数の把持部ワイヤと、
   前記第１の回転軸と同軸に配置されており、前記把持部ワイヤが掛けられている第１のガイドプーリと、
   前記第１のガイドプーリより上流側に配置されており、前記把持部ワイヤが掛けられている第２のガイドプーリと、
   前記第２のガイドプーリより上流側に配置されており、前記把持部ワイヤが掛けられている第３のガイドプーリと、を備え、
   前記第２のガイドプーリは、
   （ｉ）前記把持部の先端が上を向いた状態で前記第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、前記第１のガイドプーリの真下よりも一方の側にずれて配置されており、かつ、
   （ｉｉ）前記支持体が左右に回転していない中立位置の場合に、前記第１のガイドプーリへの前記把持部ワイヤの巻き付き角度γが６５°以上になるように配置されており、
   前記第３のガイドプーリは、
   （ｉ）前記把持部の先端が上を向いた状態で前記第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、前記第１のガイドプーリの真下よりも一方の側にずれて配置されており、かつ、
   （ｉｉ）前記把持部の先端が上を向いた状態で前記第１の回転軸を軸方向から正面に見た場合に、前記第２のガイドプーリの真下よりも他方の側にずれて配置されていることを特徴とする鉗子装置。
2. 前記巻き付き角度γが８９°以上であることを特徴とする請求項１に記載の鉗子装置。
3. 前記第３のガイドプーリは、前記ベース部品の内壁の両側に一対設けられており、
   一対の前記第３のガイドプーリは、前記ベース部品に保持された異なる軸にそれぞれが回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉗子装置。
4. 前記ベース部品は、外径が７～９ｍｍの筒状の部品であり、
   前記第１のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、
   前記第２のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであり、
   前記第３のガイドプーリは、直径が３．０～３．６ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉗子装置。

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